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Luftreiniger" Die Erfindung betrifft einen Luftreiniger in einer
Ausführung, bei der Luft durch eine Wasserfläche geführt und dann gefiltert wird,
und insbesondere einen solchen Reiniger, bei dem das Filter eine Suspension von
Wassermolekülen darin durch elektrostatische Wirkung behält.
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Luftreiniger sind im wesentlichen zur Verwendung in Verbindung
mit
ßrennkraftmotoren entwickelt worden, die so arbeiten, daß Luft durch eine Flüssigkeit
gesaugt wird, um Verunreinigungen in der Luft in Partikel- und Gasform zu entfernen.
Das gründliche Vermischen des Wassers mit der Luft führt einem Waschen der Luft
durch die Funktion zwier physikalischer Erscheinungen.
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Zunächst haben die Wassermoleküle ein hohes tjiaß an dielektrischer
Polarisation, und damit ziehen sie Verunreinigungen in der Luft an und halten sie
fest, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Wassermoleküle eine Ladung in einer
Polarität annehmen, die der einer Verunreinigung an der Kontaktfläche entgegengesetzt
ist. Wenn die Luft sich also vom Wasser trennt, nachdem eine Reinigung durchlaufen
worden ist, bleibt der Stoff in Partikelform beim Wasser. Zum anderen löst das Wasser
bestimmte der Verunreinigungen auf, und zwar sowohl in Gasals auch in Partikelform,
so daß sie effektiv aus der Luft entfernt wereden. Demgemäß ist der Durchgang von
Luft durch Wasser bisher als eine hochgradig wirkungsvolle Art und Weise zum Filtern
der Luft erkannt worden.
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Wenn solche Filter in Verbindung mit Brennkraftmotoren verwendet werden,
erhöhen sie den Wirkungsgrad des Motors, da der Durchgang von Luft durch die Wasserkontaktfläche
unvermeidlich die Luft mit Wasserdampf sättigt. Das ist besonders vorteilhaft, da
die befeuchtete Luft eine höhere Kapazität für eine Wärmeabsorption als tockene
Luft hat und die Betriebsleistung des Motors erhöht wird. In einem Luftreiniger,
der in Verbinzu
dung mit einer Klimaanlage für Gebäude verwendet
wird, kann die hohe Luftfeuchtigkeit der ausströmenden Luft jedoch ein nachteiliges
Merkmal sein. Insbesondere bei warmen Wetter und bei feuchten klimatischen Verhältnissen
kann die normale Luftfeuchtigkeit unerwünscht hoch sein, und eine Klimaanlage wirkt
vorzugsweise dahingehend, die Luft in ihrem Feuchtigkeitsgehalt zu verringern, anstatt
ihr Wasserdampf zuzuführen. Darüber hinaus können bestimmte der Verunreinigungen,
beispielsweise Gase, die aus der Luft in dem Reiniger entfernt werden sollen, in
dem ausgehenden Wasserdampf eingeschlossen sein, so daß weniger als eine volle Reinigungswirkung
durch die Einheit geschaffen wird, wenn die ausströmende Luft einen hohen Gehalt
an Wasserdampf hat. Bisher bekannte Luftfilter in einer Waschausführung haben mindestens
teilweise aufgrund dieses Nachteils keinen ausgedehnten Einsatz als Raum- oder Hausluftreiniger
gefunden.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen waschenden Luftreiniger mit Mitteln
zum Verringern der Feuchtigkeit der geewaschenen Luft, derart, daß das Filter in
Verbindung mit Klimaanlagen eingesetzt werden kann.
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Im Prinzip sieht die Erfindung eine Waschanordnung vor, bei der Luft
zunächst durch eine Wasserkontaktfläche bezogen und dann durch ein Filter geleitet
wird, das aus nicht porösem faserigen material gebildet ist, welches eine hohe Dielektrizitätskonstante
hat.
Das Material zieht die Wassermoleküle sowohl in Flüssigkeits- als auch in Dampfform
aufgrund der Eigenschaft der dielektrischen Polarisierung an, wobei das Filtermaterial
örtliche Ladungen an seiner Oberfläche annimmt, die in ihrer Polarität Ladungen
entgegengesetzt sind, die sich an angrenzenden Wassermolekülen befinden, um diese
Moleküle anzuziehen.
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Die Fasern, die das Filter bilden, müssen nicht porös sein, um zu
vermeiden, daß sie Wasser absorbieren oder das Wasser sättigen, und zwar aufgrund
einer Dochtwirkung. Sie müssen aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet
sein, das eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante hat, so daß eine relativ starke
örtliche Ladung an der Filterfläche aufgebaut werden kann, um eine starke Anziehung
für die flüssigen Holeküle zu schaffen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung
arbeitet mit natürlichen Pferdehaarfasern, andere Stoffe, die diese Eigenschaften
haben, können jedoch in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden.
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Die elektrostatische Wirkung des Filters erzeugt zwei vorteilhafte
Ergebnisse in Verbindung mit der Arbeit der Vorrichtung.
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Zunächst sammelt sich am Eingangs ende des dielektrischen Filters
eine relativ hohe Dichte an Wassertröpfchen und Dampf, so daß die einströmende Luft
in einen innigen Kontakt mit dem Wasser gebracht wird, um die Filterwirkung zu unterstützen.
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Zum anderen ist bis zum Durchgang der Luft durch das dielektrische
Filter ein erheblicher Teil des Wasserdampfes entfernt
worden,
um den llEassergehalt der ausströmenden Luft wesentlich zu verringern.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Filter über
der Wasserkontaktfläche angeordnet, so daß ein vertikal nach oben gerichteter Luftstrom
durch sie durchgeht.
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Das Filter aht eine ausreichende Höhe, und die Fließeigenschaften
der Luft sind derart, daß das untere Ende des Filters Luft empfängt, die Wassertröpfchen
enthält, und bis die Luft das obere Ende erreicht hat, ist das Wasser voll verdampft,
und es ist nur Dampf vorhanden. Dieser Dampf wird effektiv destilliert, so daß er
relativ rein ist. Er sammelt sich am oberen Ende des Filters und läuft nach unten
an den Filterfasern entlang, um das Filter von Verunreinigungen freizuwaschen, die
sich dort gesammelt haben können, um sie zum Hauptwasserkörper zurückzuführen. Diese
Anordnung verhindert, daß das Filter sich mit den Verunreinigungen zusetzt.
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Wie im nachstehenden im einzelnen zu beschreiben sein wird, umfaßt
das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung einen ringförmigen Wasserspeicher.
Ein auf dem Kopf stehender Zylinder mit einem geschlossenen oberen Ende und einem
offenen unteren Ende und einem Durchmesser, der zwischen dem der beiden Wände des
Rings liegt, hat einen ringförmigen Schwimmer, der an seiner äußeren Wand an dem
offenen Ende angebracht ist.
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Dieser Schwimmer schwimmtauf der Wasseroberfläche, so daß der afene
Rand des Zylinders un=ittelbar unter der Wasserober
fläche sitzt.
Das Filter mit hohen dielektrischen Eigenschaften besteht aus Pferdehaar im bevorzugten
Ausführungsbeispiel, und dieses ist zwischen die Außenseite der Innenewand des ringförmigen
Speichers und die Innenwand des Zylinders gepackt. Ein Gebläse zieht Luft durch
den Ring nach unten, so daß sie durch duie Wasserkontaktfläche und nach oben durch
das Filtermaterial gezogen wird.
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Der Luftfilter ist demgemäß einfach in seiner Konstruktion, so daß
er preiswert ist und in seinem Betrieb hochgradig zuverlässig ist.
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Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:-Fig.
1 ein Schaubild eines Luftreinigers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei ein Teil des äußeren Gehäuses weggeschnitten ist, umden inneren Aufbau zu
zeigen, Fig. 2 ein vertikaler Schnitt durch das -in Fig. 1 gezeigte Filter an der
Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 eine Einzelheit im Schnitt an der Linie 2-2 der Fig.
1,
Fig. 4 eine Einzelheit im Schnitt durch einen Teil des Filtermaterials,
Fig. 5 eine Einzelheit im Schnitt, die der in Fig. 3 gezeigten Darstellung vergleichbar
ist, wobei ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist.
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Das bevorzugte Ausführungbsbeispiel der Erfindung hat die Form eines
Filters 10, das zur Verwendung in einem Raum vorgesehen ist, wobei Luft aus dem
Raum abgesaugt, die Luft gewaschen, gefiltert und in ihrer Luftfeuchtigkeit reduziert
werden soll und schließlich die Luft in den Raum zurückgeleitet werden soll.
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Der Luftreiniger 10 hat einen zylindrischen äußeren Mantel 12, der
vorzugsweise aus Glasfaser oder einem ähnlichen Kunststoff gefertigt ist, ebenso
wie die anderen Bauteile. Ein scheibenförmiger Boden 14 hat eine gewölbte Seite
16, die dauerhaft mit der Außenseite des Mantels 12 verbunden ist, um die Bodenseite
abzuschließen.
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Das obere Ende des Mantels 12 trägt einen #omförmigen#Deckel 16 mit
einem gewölbten Rand 18, der so eingereichtet ist9 daß er den oberen Rand des Mantels
umschließt. Eine vertikale Muffe 20, die am oberen Ende offen ist, ist am Deckel
angeformt.
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Der Deckel ist von Hand ahnehmbar und liegt einfach auf dem oberen
Rand des Mantels auf.
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Eine Innenschulter 22 mit einem flachen oberen Rand ist peripher um
die Innenseite des Mantels 12 herum in der Mitte der Länge desselben angeformt.
Auf der Schulter 22 sitzt eine Trennscheibe 24, die das Innere des Mantels 12 in
einen unteren Abschnitt 26 und in einen oberen Abschnitt 30 unterteilt.
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Die Scheibe 24 hat ein in der Mitte befindliches rundes Loch, und
einen Zylinder 32 ist mit seinem unteren Rand am Loch befestigt. Ein flexibler gefalteter
Kunststoffabschnitt 34 ist oben am Zylinder 32 befestigt, so daß das obere Ende
36 des Zylinders vertikal dem unteren Ende gegenüber über einen Bereich von mehreren
Zentimetern bewegt werden kann. Ein ringförmiger Raum ist damit zwischen der Außenseite
des Zylinders 32, 34, 36 und der Innenwand des Mantels 12 vorgesehen, der begrenzt
ist unten durch die Scheibe 24. Dieser Raum bildet einen Speicher, der mit Wasser
oder einem anderen geeigneten Reinigungsmittel durch die Oberseite des Mantels 12
hindurch gefüllt werden kann, indem der Deckel 16 abgenommen wird.
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Ein innerer Zylinder 36 hat einen Durchmesser, der in der Mitte zwischen
dem Durchmesser des Zylinders 36 und dem des Mantels 12 liegt. Das obere Ende des
Zylinders 38 ist durch eine waagerechte Wand 40 geschlossen, und das untere Ende
ist offfen.
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Ein Ring 42 aus leichtem Kunststoffschaum mit einem Durchmesser
der
größer als der des Zylinders 38, jedoch kleiner als der des Mantels 12 ist, ist
am Zylinder 38 an der Außenseite des unteren Endes durch eine Anzahl von Streben
44 befestigt, die an ihren inneren Enden mit dem Zylinder 38 verbunden sind und
nach außen radial in waagerechter Weise vorstehen. Die Streben 44 trennen den inneren
Rand des Rings 42 von der Außenseite des Zylinders 38, so daß die Luft oder die
Reinigungsflüssigkeit durchgehen können.
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Der Zylinder 38 ist mit einem die Luftfeuchtigkeit verringernden Filtermaterial
46 vor dem Einsetzen in den Reiniger vollgepackt. Das Filtermaterial, das im bevorzugten
Ausführungsbeispiel verwendet wird, besteht aus natürlichen Pferdehaarfasern, die
teilweise mit einer Verbindung aus Neopren und Kunststoff beschichtet sind, um eine
hochdichte, jedoch poröse, verbundene, nicht verwebte Masse zu bilden. Das Neopren
und der Kunststoff verschweißen die Fasern in eine einheitliche Masse. Ein erheblicher
Teil der Fasern ist durch das Neopren und den Kunststoff nicht bedeckt, so daß eine
opteimale elektrostatische Wirkung geschaffen wird. Ein solches Filtermaterial wird
von der Firma Duralast Products Corporation unter dem Warenzeichen DURALAST vertrieben.
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Andere faserige Materialien können in Verbindung mit einem anderen
Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden.
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Wichtig ist, daß die Fasern nicht porös sind, so daß sie kein Wasser
absorbieren oder nicht dazu neigen, Wasser von der
Flüssigkeitskontaktfläche
nach obern zu saugen, wobei sie eine ausreichend hohe Dielektrizitätskonstante haben
müssen, um dafür die erforderliche elektrostatische Wirkung zu sorgen.
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Basierend auf Versuche, die durchgeführt worden sind, ist festgestellt
worden, daß Fasermaterialien mit einer Dielektrizitätskonstanten bei einem Megahertz
von mehr als sechs die gewünschte Wirkung erbringen. Stoffe, die eine Dielektrizitätskonstante
unter diesem Wert haben, sorgen nicht für die erforderliche Entfeuchtungswirkung.
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Das Filtermaterial 46 wird zunächst in das Innere des Zylinders 40
gepackt und dann über das obere freiliegende Ende des Zylinders 36 in der in Fig.
2 gezeigten Weise eingesetzt. Das Filtermaterial erstreckt sich innerhalb des Ringraums
zwischen der Außenseite des Zylinders 36 und der Innenseite des Zylinders 38. Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt es sich bis zu einer Höhe etwas über der
Höhe des Schwimmers 42, um etwas von dem Flüssigkeitsstand getrennt zu sein, wenn
der Schwimmer den Zylinder 38 trägt.
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Die Packung des Filtermaterials 46 zwischen dem Zylinder 38 und dem
Zylinder 36 führt zu einer Verriegelung der beiden miteinander. Wenn Wasser oder
eine andere Reinigungsflüssigkeit unten in den ringförmigen Speicher gesetzt wird
und der Zylinder 38 über den Zylinder 36 angeordnet wird, stellt der Schwimmer 42
das Niveau des Zylinders 38 ein, um dessen freien
Rand etwas unter
der freien Oberfläche der Flüssigkeit zu halten. Der Zylinder 36 wandert mit der
Filtermasse, und der gefaltete Abschnitt 34 streckt sich oder zieht sich in seiner
Länge zusammen, um einen Ausgleich für diese Bewegung zu schaffen.
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Ein durch einen Elektromotor angetriebenes Gebläse 50 sitzt an der
Unterseite der Scheibe 24 unter dem Zylinder 32, so daß Luft durch den Zylinder
32 nach unten und durch das Gebläse 50 durch einen Kanal 52 abgeleitet wird, der
mit einem Leitstück 54 in der Seitenwand des Mantels 12 verbunden ist. Elektrische
Energie wird durch ein Kabel 56 dem Motor des Gebläses zugeleitet.
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Bei laufendem Gebläse 50 wird Luft durch den Zylinder32 nach unten
gesaugt, so daß ein partielles Vakuum im Filtermaterial 46 und im Bereich zwischen
dem Zylinder 38 und dem Zylinder 36 unter dem Filter entsteht. Wie im einzelnen
in Fig. 3 dargestellt, hebt dieses Vakuum das Flüssigkeit örtlich zwischen die Seitenwand
des Zylinders 38 und den Zylinder 32. Dadurch wird der Wasserspiegel in dem Zwischenbereich
des freien Randes des Zylinders 38 abgesenkt, so daß Luft unter dem Zylinderrand
strömt und in den Zylinder 46 einströmt. Bei diesem Vorgang wird die Luft gründlich
mit dem Wasser1gemischt' und bei der Trennung der beiden geht die Wasch- und Auflösungswirkung
vonstatten.
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Der Bereich unmittelbar über dem Wasserspiegel an der Innenseite des
Zylinders 38 enthält Wasser in der Form einer Suspension feiner Tröpfchen. Diese
werden an die unteren Bereiche des Filtermaterials angezogen, und zwar wegen der
dielektrischen Polarisierung sowohl des Filtermarials als auch der Tröpfchen. Demgemäß
wird ein dicker Nebel am unteren Ende des Filters gehalten, was die Waschwirkung
auf die Luft begünstigt, die durch diesen Bereich gesaugt wird.
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Mit dem Hochwandern der feinen Tröpfchen, die im Luftstrom verbleiben,
durch das Filter hindurch erfolgt deren Verdampfung, so daß das obere Ende Gasform
erlangt. Diese Molekeule werden ständig an das Filtermaterial angezogen, und bis
die Luft durch das Filter geht, werden sie im wesentlichen am Filtermaterial aufgefangen.
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In Fig. 4 ist schematisch die elektrostatische Wirkung zwischen den
Luftmolekülen 58 und den Strängen des Faserfilters 46 dargestellt. Die Polaren Wassermoleküle
können so gekennzeichnet werden, daß sie ein positives Ende und ein negatives Ende
haben. Während sie in die Nähe eines der Stränge eines Fasers gelangen, wird eine
Ladung in der Oberfläche des Fasers induziert, die eine entgegengesetzte Polarität
der Ladung an dem entsprechenden Bereich des angrenzenden Wassermoleküls hat.
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Dadurch werden die beiden zusammengeführt. Der Dampf, der in dieser
Weise gesammelt wird, kondensiert und läuft an den Fasern
entlang,
wie das bei 60 dargestellt ist.-Der kondensierte Dampf ist relativ rein, so daß
kein Stoff in Partikelform am oberen Ende des Filters angesammelt wird. Am unteren
Ende kann sich Partikelmasse als Ergebnis der Anziehung von Wassertröpfchen ansammeln,
die Partikelmasse und Gase enthalten, wobei die Anziehung durch die Filterfasern
erfolgt. Das relativ reine Wasser, das am oberen Ende des Filters angesammelt wird,
läuft nach unten an den Fasern entlang und wäscht die Fasern und fällt dann zur
Wasserkontaktfläche zurück. Demgemäß erfolgt eine sehr geringe Zusetzwirkung in
den Filtern gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; In Fig. 5 ist
ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindunggezeigt. Dabei unterscheidet sich lediglich
die Filteranordnung von dem ersten Ausführungsbeispiel; ansonsten sind die Teile
gleich, und sie haben deshalb die gleichen Bezugszahlen.
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Das Filtermaterial 62 ist in der gleichen FOrm vorgesehen wie das
Material 46, ist jedoch so angeordnet, daß es sich nur zwischen den gegenüberliegenden
Partien der Zylinderwand 38 und der Zylinderwand 36 erstreckt. Es erstreckt sich
nicht nach oben in den Bereich über der Zylinderwand 36, um die Möglichkeit zu eliminieren,
daß irgendwelcher Wasserdampf im Zylinder 36 kondensiert und in das Innere des Zylinders
36 läuft. Das untere Ende des Filters 62 erstreckt sich in das Wasser hinein, so
daß die unteren Fasern ständig durch die Flüssigkeit gewaschen werden. Diese hnordunng
unterstützt die Abscheidung von
Verunreinigungen, die von dem Filter
gesammelt werden, von den Fasern, und sie unterstützt deren Rückführung in die Flüssigkeit.
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In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Reinigungsflüssigkeit
auf Wasserbasis vorgesehen sein, jedoch Additive enthalten, beispielsweise Reinigungsmittel,
die sich für die Abscheidung von Verunreinigungen aus der Luft eignen.